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1、废水生物脱氮除磷工艺废水生物脱氮除磷工艺-(-(上课上课用用)生活污水农业废弃物（秸秆、畜禽粪便）工业废水（制革、毛皮、印染）食品加工废水地表径流和某些地表径流和某些工业废水（炼焦、工业废水（炼焦、化肥厂等）化肥厂等）施用氮肥的农田施用氮肥的农田排水排水有机氮的降解有机氮的降解废水中氮的来源废水中氮的来源有有 机机 氮氮无无 机机 氮氮NH4-N 50-60%NOX-N 0-5%一、生物脱氮的基本原理一、生物脱氮的基本原理n生物脱氮过程主要由生物脱氮过程主要由两段工艺共同完成：两段工艺共同完成：好氧硝化好氧硝化厌氧反硝化厌氧反硝化（一）硝化反应（一）硝化反应n1 1、硝化作用、硝化作用l是指由
2、硝化菌将氨氮氧化成硝酸盐氮的过程。n2 2、硝化反应由两组自养好氧微生物完成：、硝化反应由两组自养好氧微生物完成：l亚硝酸盐细菌（Nitrosomonas）l硝酸盐细菌（Nitrobacter）（1）亚硝酸盐细菌（）亚硝酸盐细菌（Nitrosomonas）n化能无机营养化能无机营养l有些自养型硝化细菌能混合营养生长有些自养型硝化细菌能混合营养生长,少数可异养少数可异养生长。生长。n专性好氧；专性好氧；n最适温度最适温度25-3025-30（5-305-30）；）；n最适最适pH7.5-8.0pH7.5-8.0（5.8-8.55.8-8.5）；）；亚硝酸细菌（亚硝酸细菌（5个属）个属）l亚硝化单
3、胞菌亚硝化单胞菌 Nitrosomonas自养、混养；自养、混养；l亚硝化球菌亚硝化球菌 Nitrosococcus 自养、混养自养、混养；l亚硝化螺菌亚硝化螺菌 Nitrosospira 严格自养；严格自养；l亚硝化弧菌属亚硝化弧菌属 Nitrosovibrio 自养、混养；自养、混养；l亚硝化叶菌属亚硝化叶菌属 Nitrosolobus 自养、混养；自养、混养；（2）硝酸盐细菌）硝酸盐细菌（Nitrobacter）n化能无机营养：化能无机营养：l有些自养型硝化细菌能有些自养型硝化细菌能混合营养生长混合营养生长,少数可少数可异养生长。异养生长。lNONO2-2-浓度在浓度在2-30mmol/
4、L2-30mmol/L时化能无机营养最好。时化能无机营养最好。n最适温度最适温度25-3025-30n最适最适pH7.5-8.0pH7.5-8.0。硝酸细菌（硝酸细菌（4个属）个属）l硝化杆菌属硝化杆菌属NitrobacterNitrobacter 自养、可异养，自养快自养、可异养，自养快于异养于异养l硝化球菌属硝化球菌属 NitrococcusNitrococcus 严格自养严格自养l硝化刺菌属硝化刺菌属 NitrospinaNitrospina 严格自养严格自养l硝化螺菌属硝化螺菌属 NitrospiraNitrospira 自养、混养自养、混养3、硝化过程分为两个阶段：、硝化过程分为两个
5、阶段：nNH3 NH2OH NO NO2-nNO2-NO3-n氨单加氧酶氨单加氧酶n羟胺氧还酶羟胺氧还酶n羟胺氧还酶羟胺氧还酶n亚硝酸盐氧还酶亚硝酸盐氧还酶总反应式：总反应式：nNH4+1.86O2+1.982HCO3-0.982NO3-+1.044H2O+1.881H2CO3+.021C5H7O2N（1）n由（1）可知：l硝化反应消耗碱度和氧气每氧化1mgNH4+-N为NO3-N需消耗7.14mgCaCO3,需氧4.57mg4、硝化反应的环境条件：、硝化反应的环境条件：n好氧好氧条件，并保持一定的条件，并保持一定的碱度碱度。n有机物含量不应过高有机物含量不应过高，151520mg/L20mg
6、/L以下。以下。n温度温度20203030，1515时速度下降，时速度下降，55时完全停止。时完全停止。n污泥龄必须大于污泥龄必须大于其最小的世代时间。其最小的世代时间。n重金属、高浓度的重金属、高浓度的NHNH4 4+-N-N和和NONOx x-N-N对硝化反应有抑对硝化反应有抑制作用。制作用。5、硝化段的操作、硝化段的操作n泥龄：悬浮固体停留时间泥龄：悬浮固体停留时间SRTSRT。l可通过排泥控制泥龄一般在可通过排泥控制泥龄一般在5d5d以上，要大于以上，要大于硝化细菌的硝化细菌的比生长速率比生长速率。n溶解氧溶解氧：一般维持在：一般维持在1.2-2.0mg/L1.2-2.0mg/L。l溶
7、解氧小于溶解氧小于 0.5mg/L 0.5mg/L，硝化作用停止。，硝化作用停止。l需氧量的计算：需氧量的计算：O O2 2=4.33=4.33（N N被氧化）被氧化）mg/Lmg/L。每氧化每氧化1g NH1g NH3 3需消耗需消耗4.33g 4.33g 氧。氧。5、硝化段的操作、硝化段的操作n水力停留时间水力停留时间：l普通活性污泥法曝气时间普通活性污泥法曝气时间 446h6hnpHpH：硝化反应导致：硝化反应导致pHpH下降，亚硝酸、硝酸细菌下降，亚硝酸、硝酸细菌分别在分别在7.0-7.87.0-7.8、7.7-8.17.7-8.1活性最强。活性最强。l需要量：碱度需要量：碱度=7.1
8、4=7.14（N N被氧化）被氧化）mg/Lmg/Ln温度温度：两类硝化细菌的最宜温度为：两类硝化细菌的最宜温度为3030左右，左右，l在不同工艺和不同硝酸盐负荷率下，温度的影响大在不同工艺和不同硝酸盐负荷率下，温度的影响大小不同，硝酸盐负荷越低，影响越小。小不同，硝酸盐负荷越低，影响越小。（二）反硝化作用（二）反硝化作用n1 1、反硝化作用的原理：、反硝化作用的原理：l生物反硝化生物反硝化是指污水中的硝态氮是指污水中的硝态氮NONO3 3-和亚硝态氮和亚硝态氮NONO2 2-，在无氧或低氧条件下被反硝化细菌还原成，在无氧或低氧条件下被反硝化细菌还原成氮气的过程。氮气的过程。有机物为供氢体有机
9、物为供氢体2、反硝化代谢途径、反硝化代谢途径n异化反硝化：异化反硝化：将将NONO2 2-和和NONO3 3-还原成还原成N N2 2。n同化反硝化：同化反硝化：是是NONO2 2-和和NONO3 3-被还原成被还原成NHNH3 3N N，用于，用于 新细胞的合成。新细胞的合成。(也叫也叫亚硝酸氨化作用亚硝酸氨化作用)3、参与反硝化代谢的酶、参与反硝化代谢的酶n硝酸盐还原酶：硝酸盐还原酶：NONO3 3-NO NO2 2-n亚硝酸盐还原酶：亚硝酸盐还原酶：NONO2 2-NONOnNONO还原酶：还原酶：NO NNO N2 2O OnN N2 2O O还原酶：还原酶：N N2 2O NO N2
10、 24、反硝化菌（、反硝化菌（denitrifyingbacteria）n反硝化菌是异养兼性厌氧菌反硝化菌是异养兼性厌氧菌u反硝化菌的能源反硝化菌的能源（1 1）化能型：）化能型：（2 2）光能型（光合细菌）：）光能型（光合细菌）：反硝化菌的能源反硝化菌的能源化能型：化能型：l多为化能异养：多为化能异养：以有机物作为能源和碳源以有机物作为能源和碳源l少数化能自养：少数化能自养：以氢、氨、硫、硫化氢等无机以氢、氨、硫、硫化氢等无机物为能源物为能源；S+NOS+NO3 3-+H+H2 2O SOO SO4 42-2-+N+N2 2+H+H+光能型（光合细菌）：光能型（光合细菌）：l有光时，光能异养
11、生长。有光时，光能异养生长。l黑暗条件，化能异养生长。黑暗条件，化能异养生长。5、反硝化段运行操作、反硝化段运行操作n反硝化生物过程如图：反硝化生物过程如图：n 最适最适pH6.5-7.5pH6.5-7.5；n 最适温度最适温度10-3510-35；n 溶解氧溶解氧 0.2mg/L3:1时，无须外加碳源时，无须外加碳源lb、外加碳源、外加碳源BOD5:N3:1时，需外加碳源，常用时，需外加碳源，常用甲醇甲醇。外加碳源外加碳源n外源反硝化细胞合成的经典反应式：外源反硝化细胞合成的经典反应式：lNONO3 3-+1.08 CH+1.08 CH3 3OH+0.24 HOH+0.24 H2 2COCO
12、3 3 0.06 C 0.06 C5 5H H7 7NONO2 2+0.47N+0.47N2 2+1.68H1.68H2 2O+COO+CO2 2+OH+OH-l每利用每利用1g NO1g NO3 3-反硝化，消耗反硝化，消耗2.47g2.47g甲醇，产生甲醇，产生0.45g0.45g新细胞和新细胞和3.57g3.57g碱度。碱度。c、内源碳、内源碳n指微生物死亡、自溶后释放出来的有机碳，指微生物死亡、自溶后释放出来的有机碳，也称也称二次性基质二次性基质。l要利用内源碳要求反应器的要利用内源碳要求反应器的泥龄长泥龄长，污泥，污泥负荷负荷低低，使微生物处于，使微生物处于内源呼吸阶段内源呼吸阶段。
13、nC C5 5H H7 7NONO2 2+4.6 NO3+4.6 NO3-2.8N 2.8N2 2+1.2H+1.2H2 2O+5COO+5CO2 2+4.6OH+4.6OH-速率低，仅为外加碳源的速率低，仅为外加碳源的1/101/10，优点是在优点是在C:NC:N低低时时无须外加外来碳源无须外加外来碳源也能达到脱氮目也能达到脱氮目的而且的而且污泥产量低污泥产量低。5、反硝化段运行操作、反硝化段运行操作（2 2）温度：）温度：最适宜的温度是最适宜的温度是15-3515-35。（3 3）pHpHp影响反硝化速率和反硝化最终产物。影响反硝化速率和反硝化最终产物。p最适最适pHpH范围范围6.5-7
14、.56.5-7.5之间。之间。p对终产物的影响：对终产物的影响：pH 6.0-6.5pH 8pH8，NONO2 2-积累。积累。pHpH越高，越高，NONO2 2-积累越多。积累越多。高高pHpH抑制了亚硝酸盐还原酶的活性。抑制了亚硝酸盐还原酶的活性。5、反硝化段运行操作、反硝化段运行操作（4 4）溶解氧）溶解氧n只有在溶解氧为零的时候，反硝化速率才达到最高；只有在溶解氧为零的时候，反硝化速率才达到最高；n当溶解氧达到当溶解氧达到1mg/L1mg/L时，反硝化速率接近零。时，反硝化速率接近零。n主要机制主要机制l氧抑制了硝酸盐还原酶的形成；氧抑制了硝酸盐还原酶的形成；l氧可作为电子受体，竞争性
15、阻碍硝酸盐的还原。氧可作为电子受体，竞争性阻碍硝酸盐的还原。5、反硝化段运行操作、反硝化段运行操作（5 5）毒物）毒物nNHNH3 3、NONO2 2、O O2 2、pHpH。lNHNH3 3分子（非离子）浓度过高抑制反硝化反应。分子（非离子）浓度过高抑制反硝化反应。二、生物脱氮工艺、原理及微生物二、生物脱氮工艺、原理及微生物n（一）活性污泥法典型工艺（一）活性污泥法典型工艺l A/O A/O工艺（缺氧工艺（缺氧/好氧工艺）好氧工艺）A/OA/OA/OA/O脱氮工艺脱氮工艺脱氮工艺脱氮工艺废废水水好好氧氧脱脱碳碳缺缺氧氧反反硝硝化化沉淀池沉淀池好好氧氧硝硝化化沉淀池沉淀池1 1好氧活性污泥回流
16、缺氧活性污泥回流出水出水回流回流（1）基本原理nA/O是Anoxic/Oxic的缩写，它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理，所以A/O法是改进的活性污泥法。nA/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=24mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，提高污水的可生化性，提高氧的效率；n在缺氧段异养菌将蛋白质、脂肪等污染物
17、进行氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3-N（NH4+）氧化为NO3-，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮（N2）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理。A/OA/O工艺工艺缺氧反硝化缺氧反硝化n n细菌细菌细菌细菌：反硝化细菌（兼性厌氧菌）反硝化细菌（兼性厌氧菌）n n反应反应反应反应：NONO3 3-NN反硝化反硝化还原为还原为N N2 2，溢出水面释放到，溢出水面释放到大气大气n n碳源碳源碳源碳源：原水中原水中BODBODn n硝酸盐硝酸盐硝酸盐硝酸盐来源来源
18、来源来源：回流出水中的硝化产物回流出水中的硝化产物A/OA/O工艺工艺好氧脱碳硝化好氧脱碳硝化n n脱碳脱碳脱碳脱碳氧化去除氧化去除CODCODn n脱碳菌脱碳菌脱碳菌脱碳菌好氧有机物呼吸的细菌，以有机物为好氧有机物呼吸的细菌，以有机物为碳源碳源n n硝化菌硝化菌硝化菌硝化菌好氧氨盐呼吸的细菌，以碳酸盐为碳好氧氨盐呼吸的细菌，以碳酸盐为碳源（源（NHNH4 4+NONO2 2-NONO3 3-)A/O工艺的影响因素工艺的影响因素nMLSS一般应在一般应在3000mg/L以上，低于此值以上，低于此值A/O系统脱氮效果明显降低。系统脱氮效果明显降低。nTKN/MLSS负荷率（负荷率（TKN凯式氮，
19、指水中凯式氮，指水中氨氮与有机氮之和）：在硝化反应中该负荷率氨氮与有机氮之和）：在硝化反应中该负荷率应在应在0.05gTKN/(gMLSSd)之下。之下。A/O工艺的影响因素工艺的影响因素nBOD5/MLSS负荷率：负荷率：n自氧型硝化菌最小比增长速度为自氧型硝化菌最小比增长速度为0.21/d；异养型；异养型好氧菌为好氧菌为1.2/d。n要使硝化菌存活并占优势，要求污泥龄大于要使硝化菌存活并占优势，要求污泥龄大于4.76d；但对于异养型好氧菌，则污泥龄只需；但对于异养型好氧菌，则污泥龄只需0.8d。A/O工艺的影响因素工艺的影响因素nBODBOD5 5/MLSS/MLSS负荷率：负荷率：l传统
20、活性污泥法中，污泥龄只有传统活性污泥法中，污泥龄只有2 24d4d，所以硝，所以硝化菌不能存活并占有优势，不能完成硝化任务。化菌不能存活并占有优势，不能完成硝化任务。l要使硝化菌良好繁殖就要增大要使硝化菌良好繁殖就要增大MLSSMLSS浓度或增大曝浓度或增大曝气池容积，以降低有机负荷，从而增大污泥龄。气池容积，以降低有机负荷，从而增大污泥龄。其污泥负荷率（其污泥负荷率（BOD5/MLSSBOD5/MLSS）应小于）应小于0.18KgBOD5/KgMLSSd 0.18KgBOD5/KgMLSSd A/O工艺的影响因素工艺的影响因素n污泥龄污泥龄 ts ts：n为了使硝化池内保持足够数量的硝化菌以
21、保证硝为了使硝化池内保持足够数量的硝化菌以保证硝化的顺利进行，确定的污泥龄应为硝化菌世代时化的顺利进行，确定的污泥龄应为硝化菌世代时间的间的3 3倍，硝化菌的平均世代时间约倍，硝化菌的平均世代时间约3.5d3.5d（2020）硝化菌世代时间与污水温度的关系硝化菌世代时间与污水温度的关系A/O工艺的影响因素工艺的影响因素n污水进水总氮浓度：污水进水总氮浓度：lTN应小于应小于30mg/L，NH3-N浓度过高会抑制硝化菌浓度过高会抑制硝化菌的生长，使脱氮率下降至的生长，使脱氮率下降至50%以下。以下。n混合液回流比：混合液回流比：lR的大小直接影响反硝化脱氮效果，的大小直接影响反硝化脱氮效果，R增
22、大，脱氮增大，脱氮率提高，但率提高，但R增大增加电能消耗增加运行费。增大增加电能消耗增加运行费。A/O工艺脱氮率与混合液回流比关系工艺脱氮率与混合液回流比关系A/O工艺的影响因素工艺的影响因素n缺氧池缺氧池BODBOD5 5/NOx-N/NOx-N比值：比值：lH4H4以保证足够的碳以保证足够的碳/氮比，否则反硝化速率迅氮比，否则反硝化速率迅速下降；速下降；但当进入硝化池但当进入硝化池BODBOD5 5值又应控制在值又应控制在80mg/L80mg/L以下，以下，当当BODBOD5 5浓度过高，异养菌迅速繁殖，抑制自养浓度过高，异养菌迅速繁殖，抑制自养菌生长使硝化反应停滞。菌生长使硝化反应停滞。
23、A/O工艺的影响因素工艺的影响因素n硝化池溶解氧：硝化池溶解氧：lDO2mg/L，一般充足供氧，一般充足供氧DO应保持应保持24mg/L，满足硝化需氧量要求。满足硝化需氧量要求。n水力停留时间：水力停留时间：l硝化反应水力停留时间硝化反应水力停留时间6h；而反硝化水力停留时；而反硝化水力停留时间间2h，两者之比为，两者之比为3:1，否则脱氮效率迅速下降。，否则脱氮效率迅速下降。A/O工艺的影响因素工艺的影响因素npHpH：l硝化反应过程生成硝化反应过程生成HNOHNO3 3使混合液使混合液pHpH下降，而硝下降，而硝化菌对化菌对pHpH很敏感，硝化最佳很敏感，硝化最佳pH=8.0pH=8.08
24、.48.4，为，为了保持适宜的了保持适宜的PHPH就应采取相应措施，就应采取相应措施，l反硝化过程产生的碱度可补偿硝化反应消耗碱反硝化过程产生的碱度可补偿硝化反应消耗碱度的一半左右。度的一半左右。l反硝化反应的最适宜反硝化反应的最适宜pHpH值为值为6.56.57.57.5，大于，大于8 8、小于小于7 7均不利。均不利。A/O工艺的影响因素工艺的影响因素n温度：温度：l硝化反应硝化反应20203030，低于，低于55硝化反应几乎停止；硝化反应几乎停止；反硝化反应反硝化反应20204040，低于，低于1515反硝化速率迅反硝化速率迅速下降。速下降。因此，在冬季应提高反硝化的污泥龄因此，在冬季应
25、提高反硝化的污泥龄tsts，降，降低负荷率，提高水力停留时间等措施保持反低负荷率，提高水力停留时间等措施保持反硝化速率。硝化速率。提问：为什么先脱碳、后脱氮？提问：为什么先脱碳、后脱氮？n脱碳菌的代谢产物是硝化菌的碳源；脱碳菌的代谢产物是硝化菌的碳源；n有机碳源丰富时，脱碳菌世代周期短生长迅速有机碳源丰富时，脱碳菌世代周期短生长迅速 ，硝化菌氧利用不足，生长缓慢；硝化菌氧利用不足，生长缓慢；提问：硝化脱氮时有时需要补碱提问：硝化脱氮时有时需要补碱（Na2CO3或或NaOH)?n硝化作用消耗碱（NH4+、CO32-），水pH下降；n补充碳源、升高pH提问：硝化菌世代周期长，容易从活提问：硝化菌世
26、代周期长，容易从活性污泥系统中被洗掉，如何解决？性污泥系统中被洗掉，如何解决？n挂生物膜或投加悬浮填料挂生物膜或投加悬浮填料n定期投菌定期投菌（二）两级滤池法工艺流程（二）两级滤池法工艺流程两级滤池法工艺流程两级滤池法工艺流程好氧脱好氧脱碳硝化碳硝化滤池滤池进水进水厌氧反厌氧反硝化硝化 滤池滤池 出水出水出水出水甲醇甲醇甲醇甲醇利用进水中的BOD（三）亚硝化（三）亚硝化-厌氧氨氧化工艺厌氧氨氧化工艺（SHARON）n是一种新型的氨去除工艺是一种新型的氨去除工艺n原理是原理是利用硝化菌和亚硝化菌在利用硝化菌和亚硝化菌在不同温度条件下最小停留时间的不同温度条件下最小停留时间的差异差异n即在即在较高
27、温度下较高温度下，通过，通过控制水力控制水力停留时间停留时间，使氨氧化菌保留在反，使氨氧化菌保留在反应器中，应器中，淘汰硝化细菌淘汰硝化细菌，从而将，从而将硝化过程控制在亚硝化阶段，从硝化过程控制在亚硝化阶段，从而而实现直接利用亚硝酸盐氮反硝实现直接利用亚硝酸盐氮反硝化脱氮化脱氮。图图1 1 氮的转化过程氮的转化过程SHARON生物脱氮工艺具有以下特点生物脱氮工艺具有以下特点:n(1)(1)与活性污泥法相比，节省氧供应量约与活性污泥法相比，节省氧供应量约25%25%；n(2)(2)节省反硝化所需碳源节省反硝化所需碳源40%40%；n(3)(3)减少污泥生成量减少污泥生成量50%50%；n(4)
28、(4)减少投碱量；减少投碱量；n(5)(5)缩短反应时间缩短反应时间,反应器的容积相应减小。反应器的容积相应减小。(四四)厌氧氨氧化工艺（厌氧氨氧化工艺（ANAMMOXANAMMOX）n在厌氧条件下通过微在厌氧条件下通过微生物的作用，以生物的作用，以亚硝亚硝酸盐为电子受体酸盐为电子受体，氨氨氮为电子供体氮为电子供体，将亚，将亚硝态氮和氨态氮同时硝态氮和氨态氮同时转化为氮气的过程。转化为氮气的过程。厌氧氨氧化的细胞反应模型厌氧氨氧化的细胞反应模型图32ANAMMOX工艺的细胞反应模型n根据化学反应模根据化学反应模型和细胞结构模型，型和细胞结构模型，Jetten等人提出的等人提出的n认为亚硝酸盐在
29、认为亚硝酸盐在细胞质中被还原成细胞质中被还原成羟胺，并与氨反应羟胺，并与氨反应生成联氨；联氨在生成联氨；联氨在厌氧氨氧化体中被厌氧氨氧化体中被氧化成氮气。氧化成氮气。N2H4N2NH4+NH2OH4eNO2-厌氧氨氧化体厌氧氨氧化体细胞质细胞质（五）（五）SHARON与与ANAMMOX组合工艺组合工艺NHNH4 4+NONO2 2-空气空气NHNH4 4+NO NO2 2-N N2 2倾出液倾出液上清液上清液Sharon-Anammox Sharon-Anammox 工艺工艺供氧量节省供氧量节省62.5%NH4+0.75O2 0.5NO2-+0.5H2O+H+0.5NH4+NH4+2.0O2
30、NO3-+H2O +2H+短程硝化短程硝化全程硝化全程硝化耗碱量节省耗碱量节省50%6NO2-+6NH4+6N2+12H2O6NO3-+5CH3OH +CO2 3N2+6HCO3-+7H2O甲醇消耗量节省甲醇消耗量节省100%厌氧氨氧化厌氧氨氧化全程反硝化全程反硝化只须氧化只须氧化50%的的NH4+（五）（五）SHARON与与ANAMMOX组合工艺组合工艺1molNO3-1molNH4+1molNO2-1molNH4+0.45molNH4+1.9molO20.8molO2(40%)CO2CO23.4gCOD生生物物1.6gCOD生物生物57gCOD碳源碳源17gCOD生物生物CO21.5gCO
31、D生物生物0.5N2+20gCOD生物生物0.45N2+0.1molNO3-+3gCOD生物生物（a)全程硝化-反硝化过程（b）短程硝化-厌氧氨氧化过程厌氧氨氧化菌的细胞产率远低于反硝化细菌，短程硝化厌氧氨氧化菌的细胞产率远低于反硝化细菌，短程硝化厌氧氨氧化过程的污泥产量只有传统生物脱氮过程的厌氧氨氧化过程的污泥产量只有传统生物脱氮过程的15%SHARON与与ANAMMOX组合工艺组合工艺第二节第二节废水生物除磷的微生物学原理废水生物除磷的微生物学原理n（BOD：N：P）100：5：1微生物除碳的同时吸收磷元素用以合成细胞物质和合成ATP等，但只去除污水中约19左右的磷。n某些高含磷废水中残留
32、的磷还相当高，故需用除磷工艺处理。一、微生物除磷原理一、微生物除磷原理n依靠依靠聚磷菌聚磷菌（兼性厌氧菌）（兼性厌氧菌）聚磷；聚磷；n再从水中除去这些细菌。再从水中除去这些细菌。n什么是聚磷菌？什么是聚磷菌？l聚聚磷磷菌菌：在在某某些些环环境境条条件件下下，有有过过量量积积聚聚磷磷酸盐作用的微生物，这些细菌称为酸盐作用的微生物，这些细菌称为聚磷菌聚磷菌.除磷原理除磷原理n（1 1）生物积磷作用生物积磷作用：l当细菌生活在营养丰富环境里开始大量繁殖即当细菌生活在营养丰富环境里开始大量繁殖即将进入对数生长期时，从外界吸收大量可溶性将进入对数生长期时，从外界吸收大量可溶性磷酸盐，在体内合成多聚磷酸盐
33、并积累起来。磷酸盐，在体内合成多聚磷酸盐并积累起来。l当细菌进入静止期时，大部分细胞已停止繁殖，当细菌进入静止期时，大部分细胞已停止繁殖，对磷的需要已经很低，若环境中磷有余，细胞对磷的需要已经很低，若环境中磷有余，细胞又有一定能量，便能从外界吸收磷，形成又有一定能量，便能从外界吸收磷，形成异染异染颗粒颗粒。除磷原理除磷原理n（2 2）生物诱导的化学沉淀作用生物诱导的化学沉淀作用：l由由于于污污泥泥微微生生物物的的代代谢谢作作用用，导导致致环环境境pHpH上上升升，使使废废水水中中的的溶溶解解性性磷磷酸酸盐盐化化学学性性地地沉沉积积于于污污泥泥上上从从而而随随污污泥泥的的排排放放而而去除。去除。
34、除磷的生物化学机制：n除磷细菌特别适宜在除磷细菌特别适宜在好氧好氧-厌氧交替循环厌氧交替循环的系的系统中大量繁殖和过量积聚磷。统中大量繁殖和过量积聚磷。l除磷细菌首先在厌氧条件下释放磷，合成聚除磷细菌首先在厌氧条件下释放磷，合成聚-羟基丁酸（羟基丁酸（PHBPHB），），l而后在好氧条件下，以而后在好氧条件下，以PHBPHB为碳源，吸收磷为碳源，吸收磷酸盐合成多聚磷酸盐。酸盐合成多聚磷酸盐。厌氧释放磷厌氧释放磷：n除磷细菌只能在除磷细菌只能在低级脂肪酸类低级脂肪酸类小分子有机基质小分子有机基质上生长，在厌氧区中能大量吸收产酸菌产生的上生长，在厌氧区中能大量吸收产酸菌产生的发酵产物发酵产物挥发性
35、脂肪酸（挥发性脂肪酸（VHAVHA），但混合），但混合液中液中VHAVHA仅仅5mg/L5mg/L，而大多数污泥微生物的生长，而大多数污泥微生物的生长速度都比除磷细菌快。速度都比除磷细菌快。n如何竞争？如何竞争？ATP由多聚磷酸盐分解产生由多聚磷酸盐分解产生n因此积磷细菌在厌氧时与其他污泥微生物竞争中因此积磷细菌在厌氧时与其他污泥微生物竞争中具有具有双重优势双重优势：l一方面产生的一方面产生的ATPATP可使它在厌氧不利条件下比其可使它在厌氧不利条件下比其他好氧性异养菌更易存活，他好氧性异养菌更易存活，l另一方面使供给其他微生物的基质不断减少，另一方面使供给其他微生物的基质不断减少，使其他菌无
36、法很好的生长。使其他菌无法很好的生长。好氧吸磷：好氧吸磷：n除除磷磷细细菌菌将将积积累累的的PHBPHB好好氧氧分分解解，释释放放出出大大量能量，供其生长。量能量，供其生长。n当当环环境境中中有有溶溶解解磷磷存存在在时时，一一部部分分能能量量可可供供聚聚磷磷菌菌主主动动吸吸收收磷磷酸酸盐盐，并并以以多多聚聚形形式式存在。存在。除磷工艺流程除磷工艺流程聚聚P聚聚P聚聚P聚聚P部分回流部分回流做种做种大部分大部分（P）去除）去除水中水中水中水中P PBardenpho脱氮除磷工艺脱氮除磷工艺弗斯特利普除磷工艺流程弗斯特利普除磷工艺流程序列间歇式反应器序列间歇式反应器(SBR)-工艺工艺IV 排水阶
37、段I 进水阶段II 反应阶段III 沉淀阶段V 待机阶段进水回流污泥剩余污泥 出水第一单元第二单元第三单元第四单元BIOLAK工艺流程运行条件：根据水质选用运行条件：根据水质选用（1 1）注意控制硝酸盐：）注意控制硝酸盐：n是提高除磷效果的关键之一。是提高除磷效果的关键之一。n硝硝酸酸盐盐浓浓度度提提高高，放放磷磷量量下下降降，反反硝硝化化细细菌菌与积磷菌争夺碳源，会竞争性抑制放磷。与积磷菌争夺碳源，会竞争性抑制放磷。（2）基质基质nAA乙酸、甲酸、丙酸等低分子有机酸；乙酸、甲酸、丙酸等低分子有机酸；nBB乙醇、甲醇、柠檬酸、葡萄糖；乙醇、甲醇、柠檬酸、葡萄糖；nCC丁酸、乳酸、琥珀酸。丁酸、
38、乳酸、琥珀酸。lA A类存在时放磷速度较大，所诱导的厌氧放磷类存在时放磷速度较大，所诱导的厌氧放磷量呈线性关系；量呈线性关系；lB B类必须在厌氧条件下转化为类必须在厌氧条件下转化为A A类物质后才能类物质后才能被聚磷菌利用；被聚磷菌利用；lC C类能否引起放磷与污泥微生物组成有关。类能否引起放磷与污泥微生物组成有关。（3）pHnpH9.5，先出现磷净吸收而后释放。碱性条件下生成一些磷酸镁、钙的沉淀，吸附到污泥絮体中；npH7-8最佳。（4）温度温度n温度上升，放磷速度增加，10-30可提高5倍。n好氧时：l大量繁殖（消耗好氧状态能源聚-羟基丁二酸（PHB）,l逆浓度梯度过量吸磷（贮备厌氧状态
39、能源多聚磷酸盐颗粒(异染颗粒)）；n厌氧时：l正相反不繁殖，释放磷酸盐于体外（产生能量供其储备消耗好氧状态能源PHB）。常见的脱磷工艺如下图所示第三节第三节人工湿地中微生物与水生植物人工湿地中微生物与水生植物净化污（废）水的作用净化污（废）水的作用人工湿地人工湿地 湿地是地球上一种重要的生态系统。它处于陆地湿地是地球上一种重要的生态系统。它处于陆地生态系统（如森林和草地）与水生生态系统（如深水生态系统（如森林和草地）与水生生态系统（如深水湖和海洋）之间。湿地是陆生生态系统和水生生态系湖和海洋）之间。湿地是陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡带。统之间的过渡带。人工湿地人工湿地是一种为了达到环保
40、处理效果，模仿自是一种为了达到环保处理效果，模仿自然湿地而人工设计的复杂的具有渗透性能的地层生态然湿地而人工设计的复杂的具有渗透性能的地层生态结构，包括有浮现性、浸没式植物、动物和水体等不结构，包括有浮现性、浸没式植物、动物和水体等不同的组成部分。同的组成部分。人工湿地分类：人工湿地分类：表面流湿地、潜流表面流湿地、潜流湿地、垂直流湿地三大类，湿地、垂直流湿地三大类，是一个独特是一个独特的土壤、植物、微生物综合生态系统。的土壤、植物、微生物综合生态系统。湿地的类型湿地的类型1.从人类干扰的角度从人类干扰的角度n自然湿地自然湿地n人工湿地人工湿地2.从水分含盐量的角度从水分含盐量的角度n淡水湿地
41、淡水湿地n半咸水湿地半咸水湿地n咸水湿地咸水湿地3.从从系统的分类角度系统的分类角度n沼泽湿地沼泽湿地n湖泊湿地湖泊湿地n河流湿地河流湿地n浅海滩涂湿地浅海滩涂湿地n人工人工湿地湿地湿地的生态、经济及社会效益湿地的生态、经济及社会效益n维持生物多样性维持生物多样性n调蓄水量和调节气候调蓄水量和调节气候n降解有毒物质降解有毒物质n保护堤岸，防止盐水入侵保护堤岸，防止盐水入侵 n提供丰富的动植物产品提供丰富的动植物产品n在输、储和供水等方面发在输、储和供水等方面发挥巨大作用挥巨大作用 n提供矿物资源提供矿物资源n可为人们提供旅游、娱乐可为人们提供旅游、娱乐的场所的场所n为教育和科学研究提供了为教育
42、和科学研究提供了对象、材料和试验基地对象、材料和试验基地l1公顷湿地生态系统每年公顷湿地生态系统每年创造的价值高达创造的价值高达1万多美万多美元，是热带雨林的元，是热带雨林的7倍，倍，是农田生态系统的是农田生态系统的160倍倍二、人工湿地净化污（废）水的基本原理二、人工湿地净化污（废）水的基本原理n人工湿地生态系统净化污水的原理是利用系统中的物理、化学、生物的协同作用，通过土壤过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。n即污水在沿一定方向流动的过程中，在湿地土壤、植物和微生物共同作用下得到了高效的净化。人工湿地净化废水的原理人工湿地净化废水的原理n物理作用n过滤和
43、沉淀n能除去含有C、N、P的有机及无机颗粒物和悬浮固体。n化学作用n吸附和絮凝n可溶性的有机化合物n阴离子（PO43-）和阳离子（重金属阳离子）n挥发作用n挥发性有机物(VOC)人工湿地净化废水的原理人工湿地净化废水的原理n微生物作用微生物作用n氧化还原反应氧化还原反应n吸收降解吸收降解n植物作用植物作用n气体运输作用气体运输作用n植物吸收植物吸收n根系有利于微生物根系有利于微生物繁殖繁殖人工湿地的分类n人工湿地（人工湿地（Constructed Wetlands)Constructed Wetlands)，它分为：，它分为：l表面流湿地(Surface Flow Wetlands缩写为SFW
44、)l潜流湿地(Subsurface Flow Wetlands缩写为SSFW)l垂直流湿地(Vertica1 Flow Wetlands缩写为VFW)三种湿地的示意图三种湿地的示意图表层流人工湿地表层流人工湿地n废水从它表面流过，一般废水从它表面流过，一般有一个或几个填料床组成，有一个或几个填料床组成，床底填有基质，床底填有基质，n有防漏层来阻止废水渗入有防漏层来阻止废水渗入地下而污染地下水地下而污染地下水n在系统中种植一些水生植在系统中种植一些水生植物如水葫芦、芦苇、菹草物如水葫芦、芦苇、菹草等，废水经常同表层水流等，废水经常同表层水流相混合，在湿地内流动，相混合，在湿地内流动，持续时间一般
45、为持续时间一般为10天左右。天左右。表层流人工湿地表层流人工湿地n这种类型的湿地，对这种类型的湿地，对生化需氧量（生化需氧量（BOD）、）、化学需氧量（化学需氧量（COD）、）、悬浮物等指标的去除悬浮物等指标的去除率高于渗漏人工湿地。率高于渗漏人工湿地。潜流式人工湿地潜流式人工湿地n人工湿地的核心技术人工湿地的核心技术是潜流式湿地。是潜流式湿地。n一般由两级湿地串联，一般由两级湿地串联，处理单元并联组成。处理单元并联组成。n湿地中根据处理污染湿地中根据处理污染物的不同而填有不同物的不同而填有不同介质，种植不同种类介质，种植不同种类的净化植物。的净化植物。潜流式人工湿地潜流式人工湿地n水通过基质
46、、植物和水通过基质、植物和微生物的物理、化学微生物的物理、化学和生物的途径共同完和生物的途径共同完成系统的净化成系统的净化.n对对BOD、COD、TSS、TP、TN、藻类、石油、石油类等有显著的去除效类等有显著的去除效率；率；潜流式人工湿地潜流式人工湿地n该工艺独有的流态和该工艺独有的流态和结构形成的结构形成的良好的硝良好的硝化与反硝化化与反硝化功能区对功能区对TN、TP、石油类的去、石油类的去除明显优于其他处理除明显优于其他处理方式。方式。潜流式人工湿地潜流式人工湿地n主要包括主要包括:l内部构造系统、内部构造系统、l活性酶体介质系统、体介质系统、l植物的培植与搭配植物的培植与搭配系统、系统
47、、l布水与集水系统、布水与集水系统、l防堵塞技术、防堵塞技术、l冬季运行技术。冬季运行技术。潜流式人工湿地潜流式人工湿地n潜流式人工合成湿地的形潜流式人工合成湿地的形式分为垂直流潜流式人工式分为垂直流潜流式人工湿地和水平流潜流式人工湿地和水平流潜流式人工湿地。利用湿地中不同流湿地。利用湿地中不同流态特点净化进水。经过潜态特点净化进水。经过潜流式湿地净化后的河水可流式湿地净化后的河水可达到地表水达到地表水类标准，再类标准，再通过通过排水系统排放。排放。垂直流潜流式人工湿地垂直流潜流式人工湿地n在垂直潜流系统中，污在垂直潜流系统中，污水由表面纵向流至床底，水由表面纵向流至床底，在纵向流的过程中污水
48、在纵向流的过程中污水依次经过不同的介质层，依次经过不同的介质层，达到净化的目的。达到净化的目的。垂直流潜流式人工湿地垂直流潜流式人工湿地n垂直流潜流式湿地具有垂直流潜流式湿地具有完整的布水系统和集水完整的布水系统和集水系统，其优点是占地面系统，其优点是占地面积较其它形式湿地小，积较其它形式湿地小，处理效率高，整个系统处理效率高，整个系统可以完全建在地下，地可以完全建在地下，地上可以建成绿地和配合上可以建成绿地和配合景观规划使用。景观规划使用。1.2.3.基质基质 湿生植物湿生植物 微生物微生物 三、人工湿地各组成的功能三、人工湿地各组成的功能（一）基质（一）基质n目前广泛应用的人工湿地主要由目
49、前广泛应用的人工湿地主要由沙粒沙粒、沙土沙土、土土壤壤、石块石块为基质为基质 n作用：作用：l为微生物生长提供基质为微生物生长提供基质l为湿地植物提供载体和营养物质为湿地植物提供载体和营养物质l吸附和过滤作用吸附和过滤作用（二）湿地水生植物（二）湿地水生植物n分为浮水性、分为浮水性、挺水性挺水性和沉水性。挺水性为和沉水性。挺水性为主。主。n浮水性和挺水性主要浮水性和挺水性主要吸收氨氮吸收氨氮，n沉水性沉水性吸收磷吸收磷 水葱水葱水美人蕉水美人蕉作用：作用：n发达的根系直接吸收水中有机污染物n将氧气运送到根系，提供根系微生物需要n根系分泌物为微生物提供营养和能源水菖蒲灯芯草灯芯草（三）根际和根面
50、微生物（三）根际和根面微生物n以下因素以下因素决定决定根际和根面微生物根际和根面微生物的种类的种类和数量：和数量：l湿地植物根系分泌物的种类和数量；湿地植物根系分泌物的种类和数量；l污废水的种类；污废水的种类；l水中溶解氧的含量。水中溶解氧的含量。（三）根际和根面微生物（三）根际和根面微生物n微生物种类微生物种类有：细菌、硝化细菌、反有：细菌、硝化细菌、反硝化细菌、硫化细菌、反硫化细菌、硝化细菌、硫化细菌、反硫化细菌、磷细菌、纤维素分解菌、固氮菌、真磷细菌、纤维素分解菌、固氮菌、真菌、放线菌、原生动物、藻类等菌、放线菌、原生动物、藻类等四、人工湿地生态系统处理污废四、人工湿地生态系统处理污废水